引言

我國是玉米生產和消費的大國，但機械化水平不高，2013 年我國玉米機械化收獲水平為 49% ，因此研究玉米全程機械化收獲技術意義重大。我國大部分地區，玉米收獲時的籽粒含水率為 25% ～ 35% ，甚至更高，收獲時不能直接脫粒而是采取分段收獲方式。其主要以摘穗剝皮收獲為主，玉米果穗還需要“果穗晾曬、脫粒、籽粒再晾曬”等過程。而玉米果穗和玉米籽粒的晾曬受天氣和場地的影響大，且耗費大量的勞動力，同時也會造成一定損失，不利于規?；a，農民迫切需求籽粒直接收獲機械。目前國內對高含水率玉米脫粒收獲的研究較少。根據玉米收獲試驗情況分析，影響玉米脫粒性能主要因素有脫粒滾筒轉速及籽粒含水率等。

1 試驗設備與材料

1． 1 試驗設備

試驗臺由 5TY － 32 － 85 型玉米脫粒裝置改制而成，脫粒速度和喂入量可以根據試驗要求進行調節。試驗臺的技術參數如表 1 所示，試驗臺結構如圖 1 所示?！緢D1】

工作時，電動機通過帶傳動帶動脫粒滾筒工作，通過調速電機得到不同的脫粒轉速。為準確獲得脫粒速度對玉米果穗脫粒過程的影響，將試驗臺設計成單個定向喂入的結構形式，玉米果穗喂入方式為定向逐個喂入，可保證喂入量大小均勻。該試驗臺采用揉搓式脫粒方式，玉米籽粒破碎率低; 玉米芯整體拋出，脫粒干凈; 脫粒轉速可調節，適應性能強。其他實驗設備有電磁調速電動機、電磁調速電動機控制器、DHG －9070A 高溫鼓風干燥箱、電子天平、秒表和游標卡尺等?！颈?】


1． 2 試驗材料

試驗材料選取種植在淄博淄川區的具有代表性的3 種玉米品種: 費玉 2 號、承玉 18 和鄭單 958． 玉米果穗參數如表 2 所示。費玉 2 號系費縣種子公司選育的玉米一代雜交種，夏播玉米，生育期平均 103 天，均產8 974． 5kg / hm2，株高平均 262cm，穗位平均 121cm，穗粒數 544 粒，千粒質量 359． 6g，出籽率 83． 4% 。承玉18 是承德裕豐種業有限公司選育的雜交種，生育期平均 102 天，均產 9 699kg/hm2，株高平均 252cm，穗位平均 100cm，千粒質量 323g，出籽率 86． 1% 。鄭單 958是河南省農業科學院糧食作物研究培育的中早熟玉米單交種，黃淮海地區夏播，生育期平均 96 天，均產10 110kg / hm2，株高平均 240cm，穗位平均 100cm，穗粒數 544 粒，千粒質量 330g，出籽率出籽率 88% 。試驗所用的玉米果穗采用人工摘穗，避免機械損傷?！颈?】


2 試驗方法

衡量玉米脫粒機脫粒性能的主要指標有脫粒損傷與脫粒效率。玉米在脫粒的過程中，會受到脫粒機的擠壓、撞擊、揉搓等外力的作用，會使籽粒產生破碎、破皮或裂紋，統稱破碎籽粒。而未脫凈率直接影響脫粒效率。玉米籽粒在脫粒過程中的破碎和未脫凈率主要與沖擊力的大小和作用時間以及玉米果穗自身特性有關，這是玉米籽粒與剛性部件沖擊作用的結果。因此，本文選取籽粒破碎率和未脫凈率為試驗指標。

2． 1 籽粒含水率對籽粒破碎率和未脫凈率的影響

含水率是玉米籽粒脫粒破碎的主要因素之一，玉米籽粒硬度和抗破碎強度以及籽粒間的相互作用都與含水率緊密相關。該試驗選取大小均勻的費玉2 號玉米果穗，隨機分成 20 組，每組果穗玉米進行不同天數的晾曬，得到不同玉米籽粒含水率的玉米果穗。對每組玉米果穗進行脫粒試驗，分別測量未脫凈籽粒質量、總質量、玉米芯軸總質量和籽粒千粒質量，記錄數據。隨機取樣 1 000g 籽粒，利用 DHG －9070A 高溫鼓風干燥箱對樣本進行烘干，按 GB5262 － 2008《農業機械試驗條件和測定方法一般規定》計算玉米籽粒含水率、破碎率和未脫凈率，試驗重復 3 次，取平均值，所得數據如表 3 所示?！颈?】


2． 2 脫粒速度對籽粒破碎率和未脫凈率的影響

在玉米脫粒過程中，脫粒滾筒的線速度的大小決定玉米籽粒所受到擠壓、撞擊和揉搓力的大小; 而籽粒的受力情況直接影響籽粒破碎率和未脫凈率。本試驗通過設計單因素試驗，分析脫粒速度對籽粒破碎率和未脫凈率的影響，將玉米果穗的物理特性看作常數，控制含水率和喂入量到合適位置; 利用電磁調速電動機控制器控制輸入電動機的電流頻率，來控制電動機的轉速從而調節脫粒滾筒的線速度。選取大小均勻承玉 18 和鄭單 958 玉米果穗，隨機分成 13 組進行脫粒試驗，分別測量未脫凈籽粒質量、總質量、玉米芯軸總質量和籽粒千粒質量，記錄數據。隨機取樣1 000g籽粒，按 GB5262 － 2008《農業機械試驗條件和測定方法一般規定》計算籽粒破碎率和未脫凈率，試驗重復 3 次，取平均值，所得數據如表 4 所示?！颈?】


3 試驗結果與分析

通過 Origin 軟件對表 3 進行數據分析和二次擬合，得到籽粒含水率與籽粒破碎率和未脫凈率關系曲線，如圖 2 所示?！緢D2】


由圖 2 可見，玉米籽粒破碎率隨著籽粒含水率的降低先降低后升高; 未脫凈率隨著籽粒含水率的降低逐漸降低。這與實際情況相符合。含水率的大小直接影響籽粒硬度和抗破碎強度以及籽粒間的相互作用的大小，高含水率玉米的籽粒體積大，籽粒間的相互作用力較大，硬度和抗破碎強度小，不易脫粒，且易損傷; 低含水率玉米的籽粒硬度高且脆，也較容易損傷。

利用 Origin 軟件可分析出含水率與破碎率擬合曲線函數方程為: y1= 10． 5 － 1． 1x1+ 0． 03x21，R2= 0． 989 21＞ 0． 902 5，擬合效果良好，預測結果可信; 籽粒含水率與未脫凈率擬合曲線函數方程為: y2= 0． 95 － 0． 085x2+0． 003 2x22，R2= 0． 902 6 ＞ 0． 902 5，擬合效果良好，預測結果可信。根據《JB 10749 －2007 － T 玉米脫粒機》:①當含水率≤20% 時，滿足破碎率≤1． 0% 條件的籽粒含水率≥13． 9%; ②當含水率≥20% 時，滿足破碎率≤3． 0% 條件的籽粒含水率≤27． 6% 。當含水率為 18． 3%時，方程 y =10．5 －1．1x +0．03x2取得最小值，因此滿足脫粒條件的籽粒含水率為 13． 9% ～ 27． 6%，而且當含水率為 18．3%時籽粒破碎率最低。

通過 Origin 軟件對表 4 進行數據分析和二次擬合，得到籽粒含水率與籽粒破碎率和未脫凈率關系曲線，如圖 3 所示?！緢D3】


由圖 3 可見，玉米籽粒破碎率隨著脫粒轉速增大先降低后升高; 未脫凈率隨著脫粒轉速的增大逐漸降低。脫粒轉速的大小主要影響擠壓、撞擊和揉搓力的大小。脫粒轉速較小時，作用力小，果穗的未脫凈率較高，單個果穗的脫粒時間長，玉米籽粒破碎率也偏高。利用 Origin 軟件可分析出脫粒轉速與破碎率擬合曲線函數方程為: y3= 14． 386 34 － 0． 023 98x3+0． 000 01x23，R2= 0． 940 3 ＞ 0． 902 5，擬合效果良好，預測結果可信; 脫粒轉速與未脫凈率擬合曲線函數方程為: y4= 14． 386 34 － 0． 023 98x4+ 0． 000 079x24－0． 000 017 9x34，R2= 0． 989 39 ＞ 0． 902 5，擬合效果良好，預測結果可信。

脫粒轉速與籽粒破碎率成二次函數關系，根據《JB10749 － 2007 － T 玉米脫粒機》，①滿足籽粒破碎率≤3．0% 條件的脫粒轉速為 688 ～ 1 789r / min，方程 y3= 14．386 34 － 0． 023 98x3+ 0． 000 01x23在 x3= 1 160 處取得最小值。②滿足未脫凈率≤1． 0% 條件的脫粒轉速≥1080r / min。綜合①②得，適合脫粒的脫粒轉速為1 080 ～1 789r / min。脫粒線速度與脫粒轉速關系式為v = 2πf·r /60式中 f — 脫粒滾筒的轉速\\( r/min\\) ;v— 脫粒滾筒的線速度\\( m / s\\) ;r — 脫粒滾筒的半徑\\( m\\) 。

由上述公式可得，適合脫粒的脫粒滾筒的線速度為 2． 99 ～7． 77 m/s，當脫粒滾筒的線速度為 5． 04m/s時脫粒效果最佳。

4 結論與建議

4． 1 結論

1\\) 籽粒含水率與籽粒破碎率的函數關系式為 y1= 10． 5 － 1． 1x1+ 0． 03x21，籽粒含水率與未脫凈率的函數關系式為 y2= 0． 95 － 0． 085x2+ 0． 003 2x22，適合脫粒的籽粒含水率為 13． 9% ～27． 6% ，而且當籽粒含水率為 18． 3% 時籽粒破碎率最低。

2\\) 脫粒轉速與籽粒破碎率的函數關系式為 y3=14． 386 34 － 0． 023 98x3+ 0． 000 01x32，脫粒轉速與未脫凈率的函數關系式為 y4= 14． 386 34 － 0． 023 98x4+0． 000 079x42－ 0． 000 017 9x43; 適合脫粒的脫粒滾筒的線速度為 2． 99 ～ 7． 77m/s，當脫粒滾筒的線速度為5． 04m / s 時脫粒效果最佳。

4． 2 建議

1\\) 本文應用的揉搓式脫粒試驗臺，與籽粒型玉米收獲機上脫粒裝置脫粒方式不同，下一步需要針對于籽粒型玉米收獲機脫粒裝置進行試驗研究。

2\\) 本文采用的試驗材料是黃淮海一年兩熟玉米種植區的玉米，收獲時籽粒含水率太高。低含水率的玉米果穗通過自然晾曬得到，與田間自然脫水的果穗不同，下一步使用田間自然脫水的果穗進行收獲試驗，得到更加準確的試驗結果。

參考文獻:

［1］ 尚書旗，董佑福，連政國，等． 玉米聯合收獲機原理與應用［M］． 北京: 教育科學出版社，2006: 3 －5．
［2］ 周旭玉． 米種子脫粒損傷機理與低損傷脫粒原理研究［D］． 沈陽: 沈陽農業大學，2006．
［3］ 何曉鵬． 擠搓式玉米脫粒機的研制［J］． 農業工程學報，2003，19\\( 2\\) : 105 － 108．
［4］ 劉聲春，張道林． 我國玉米收獲機研制現狀及發展展望［J］． 農機化研究，2009，31\\( 11\\) : 241 －242．
［5］ 李力生，潘世強，張盛文． 我國玉米種子加工業的現狀及發展對策［J］． 吉林農業大學學報，2001，23\\( 23\\) : 116 －120．